Детонационная стойкость бензина - это что такое? Детонационная устойчивость бензина


Детонационная стойкость бензина - это что такое?

Образование 1 января 2018

Показателем, показывающим соотношение различных составных частей в рассматриваемом товаре является детонационная стойкость бензина. Об этом рассказано в данной статье.

Понятие о детонации

Последняя возникает при самовоспламенении бензовоздушной смеси в той части, которая в наибольшей степени удалена от свечи зажигания. Ее горение носит взрывоопасный характер.

Оптимальные условия для ее протекания складываются в части камеры сгорания, в которой наблюдаются повышенная температура и большая экспозиция нахождения смеси.

Детонацию можно определить по характерным металлическим стукам, которые образуются из-за отражения ударных волн от стенок камеры сгорания и обусловленной этим вибрации цилиндров.

Детонационное сгорание бензина может наступить с большей вероятностью в случае наличия в камере сгорания нагара, а также при ухудшении состояния двигателя. Данное явление приводит к уменьшению его мощности, снижению экономических показателей, а также токсикологических показателей отработавших газов.

Свойства бензинов, обуславливающие возникновение детонации

К таковым относятся: фракционный состав, содержание серы, стабильность с физической и химической точек зрения, строение углеводородов и др.

Наибольшая детонационная стойкость характерна для ароматических углеводородов, а наименьшая — для нормальных парафиновых. Другие из них, входящие в состав бензина, занимают промежуточное положение.

Производят оценку детонационной стойкости бензина октановым числом.

Видео по теме

Способы предотвращения детонации

Она должна предотвращаться в момент эксплуатации двигателя, тогда когда осуществляется движение автомобиля, в связи с чем возникает необходимость принятия срочных мер с целью предотвращения повреждения двигателя в наибольшей степени. Помимо этого, усилия конструкторов должны быть направлены на разработку последнего с комплексным противодействием рассматриваемому явлению.

Одним из основных способов предотвращения потенциальной детонации является выпуск бензина с детонационной стойкостью достаточно высокой.

Определение октанового числа

Выше мы определились с тем, какое число определяет детонационную стойкость бензина. Октановое число (ОЧ) определяют при помощи одноцилиндрового оборудования с динамичной степенью сжатия, применяя исследовательский или моторный методы. При его определении производится сжигание исследуемого бензина и эталонного топлива с известной искомой величиной. В состав последнего входят гептан с ОЧ=0 и изооктан с ОЧ=100.

При испытании в данное оборудование заливается бензин. При осуществлении исследований постепенно наращивается степень сжатия до тех пор, пока не появится детонация, после чего двигатель заправляется эталонным топливом с предварительным измерением детонации и фиксации степени сжатия, приведшей к ней. По объемному содержанию изооктана в смеси определяют ОЧ.

В наименовании марки бензина может присутствовать буква «И». Это свидетельствует о том, что ОЧ определялось исследовательским методом. В случае ее отсутствия использовался моторный метод. ОЧ, полученные по разным методам, несколько различаются по значениям. Поэтому октановое число для детонационной стойкости бензина должно обязательно сопровождаться указанием метода, по которому была определена его величина.

Последняя величина определяется при моторном методе при номинальных нагрузках, а при исследовательском — при неустановившихся режимах.

Помимо этих двух методов для определения ОЧ может использоваться дорожный метод. В разогретый двигатель подают смеси, в состав которых входят нормальный гептан и изооктан. Автомобиль разгоняют до максимально возможной скорости при прямой передаче и регулируют угол опережения зажигания до тех пор, пока не исчезнет детонация. После чего по этому же методу определяют установку зажигания, при которой стартует детонация. Строят базовую кривую в зависимости от градуса угла поворота коленвала, по которой и определяют ОЧ.

С целью повышения ОЧ прямогонных бензинов они подвергаются каталитическому риформингу. Насколько они возрастут, определяется жесткостью данных режимов.

Бензины термических процессов по детонационной стойкости превосходят прямогонные.

Понятие о повышении детонационной стойкости

Описанное выше свидетельствует о том, что последнюю необходимо повышать с целью продления срока службы двигателя.

Для повышения детонационной стойкости бензина используют специальные антидетонационные добавки. Октановое число увеличивается при повышении молярной массы углеводородов и степени разветвленности углеродной цепи, а также при превращении алканов в алкены, нафтены и ароматические углеводороды, имеющие одно и то же число углеродных атомов.

Способы повышения рассматриваемого показателя. Характеристика этиловых бензинов

Существуют следующие способы повышения детонационной стойкости бензинов:

  • ввод высокооктановых компонентов;
  • подбор сырья и технологии переработки;
  • введение антидетонаторов.

До недавнего времени основным из последних был тетраэтилсвинец (ТЭС), представляющий собой яд в виде жидкости, нерастворимый в воде, но легко растворимый в нефтепродуктах.

Однако свинец как продукт сгорания накапливается в камере сгорания, что увеличивает сжатие двигателя. Поэтому вместе с ТЭС в бензин добавляют выносители данного элемента, которые образуют летучие вещества при сгорании, удаляемые с отработавшими газами.

В качестве последних веществ могут использоваться таковые с содержанием таких галогенов как бром или хлор. Смесь выносителя с ТЭС носит название этиловой жидкости. Бензины, в которых она используется, называются этилированными. Они очень ядовиты, их использование должно сопровождаться использованием повышенных мер безопасности.

Со временем стали вводиться новые требования к экологичности двигателей, что обусловило переход на неэтилированные бензины.

Характеристика более безопасных антидетонационных добавок

Неэтилированные бензины потребовали изменить технологию производства данного товара и применть антидетонационные добавки, которые отличались бы пониженной токсичностью.

Детонационная стойкость бензина оценивается, в том числе, и по использованию в последнем нетоксиных антидетонаторов. Эффективность на уровне ТЭС показывают марганцевые вещества, которые представляют собой неядовитые жидкости. Однако они нашли ограниченное применение, поскольку снижают долговечность двигателя.

Перспективной считается добавка метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) с физико-химическими свойствами, близкими к бензину. При его добавлении в количестве 10% к топливу октановое число возрастает на 5-6 единиц.

Для высокооктановых бензинов используют органическое вещество под названием кумол.

Помимо этого, используются высокооктановые добавки на базе одноатомных спиртов и изобутилена.

Наибольшее распространение в производстве чистого бензина нашли эфиры.

Также применяются железосодержащие органические соединения, присадки на основе марганцевой органики, на базе N-метил-анилина, депарафинизированный рафинат

Помимо этого, в бензинах вместо ТЭС может использоваться тетраметилсвинец (ТМС), который лучше испаряется и более равномерно распределяется по цилиндрам.

Из практики использования ТЭС

Автомобилисты, имеющие значительный стаж вождения, знакомы с «красными свечами». Окраска свечей в данный цвет происходила тогда, когда в низкооктановый бензин подливали вместо ТЭС с выносителями чистый антидетонатор. Это приводило к освинцовыванию данных устройств. После этого отремонтировать и восстановить свечи уже невозможно. Таким образом, детонационная стойкость бензина характеризуется не бездумным, а правильным применением специально предназначенных для этого антидетонаторов.

Этилированные бензины способствуют меньшему износу кулачков на распредвалах, по сравнению с использованием бензинов без ТЭС. Предполагают, что продукты, образующиеся в результате сгорания, попадали через масло на поверхность, что защищало ее от износа. Последний уменьшался и по отношению к другим деталям двигателя при использовании этилированных бензинов.

Другие присадки для топлива

Для торможения окислительных реакций в бензины вводят антиокислительные присадки, которые могут быть древесносмольными, представляющими собой смесь фенолов с маслами, параоксифениламин и ФЧ-16, представляющий собой смесь фенолов.

Для предотвращения обледенения карбюратора применяют антиобледенительные присадки. В качестве них используют соединения, растворяющие воду и образующие низкозамерзающие смеси с ней, а также образующие оболочку на ледяных частицах, препятствующие росту и оседанию их на карбюраторных стенках.

Для удаления отложений могут использоваться различные моющие присадки.

Факторы, влияющие на рассматриваемый показатель

Детонационная стойкость бензина оценивается не только по октановому числу. На нее оказывают влияние различные факторы.

Детонация усиливается при повышении степени сжатия двигателя, увеличении диаметра цилиндра, использовании поршней и головок из чугуна. Эти факторы относятся к конструктивным.

К эксплуатационным свойствам, усиливающим детонацию, относятся увеличение нагрузки двигателя при константной частоте вращения коленвала, либо уменьшение частоты вращения при константной нагрузке при увеличении угла опережения зажигания, уменьшении влажности воздуха, увеличении слоя нагара в камере сгорания и температуры сгорания охлаждающей жидкости.

Помимо этого, детонация обусловлена влиянием физических и химических факторов. Последние обусловлены тем, что топливо способно образовывать перекисные соединения, которые, при достижении определенной концентрации, способствуют образованию данного явления. Распад данных соединений протекает достаточно быстро, при этом выделяется теплота и образуется «холодное» пламя, которое, при распространении, насыщает смесь продуктами распадами перекисных веществ. В них содержатся активные центры, благодаря которым возникает фронт горячего пламени.

Основным физическим фактором является степень сжатия двигателя. От него прямо пропорционально зависит давление и температура в камере сгорания. При достижении критических значений порция рабочей смеси воспламеняется и сгорает со скоростью взрыва.

Детонационная стойкость различных типов двигателей

Высокая детонационная стойкость автомобильного бензина характерна для легкотопливных двигателей. Она обеспечивает нормальное сгорание данных видов топлива в различных режимах эксплуатации двигателя. Процесс возникновения детонации в данном случае был рассмотрен выше.

Для обеспечения нормального рабочего цикла в дизельных двигателях, которые работают за счет самовоспламенения от сжатия рабочей смеси, детонационная стойкость топлива должна быть низкой. Для данных двигателей используется такая характеристика, как «цетановое число», которая показывает период времени от попадания топлива в цилиндр до начала осуществления его горения. Чем оно выше, тем меньше задержка, тем более спокойно осуществляется горение топливной смеси.

Сортность бензинов

Помимо детонационной стойкости бензина для авиационных видов данного топлива применяется понятие сортности. Она демонстрирует, насколько изменяется мощность при работе одноцилиндрового двигателя на обогащенной смеси на исследуемом топливе, по сравнению с мощностью, развиваемой этим же двигателем на изооктане, мощность которого принята за 100 единиц сортности или 100%.

В заключение

Детонационная стойкость бензина — это параметр, с помощью которого происходит характеристика способности данного вида топлива противостоять при сжатии самовоспламенению. Он относится к важнейшим характеристикам любого топлива, в том числе, и для рассматриваемого вида. Для легкотопливных двигателей ее определяют через октановое число. С целью повышения данного показателя применяют высокооктановые присадки, вводят антидетонаторы, подбирают сырье и разрабатывают технологии его переработки.

Источник: fb.ru

Комментарии

Идёт загрузка...

Похожие материалы

Автомобили Бензин ЕВРО-5 - что это такое? Экологический стандарт, регулирующий содержание вредных веществ в выхлопных газах

Каждый владелец автомобиля сталкивается с топливом стандарта ЕВРО-4 или бензином ЕВРО-5. Что это значит, и какие существуют отличия между стандартами? Постараемся разобраться с этими вопросами.Экологические европейские стандартыДля всех видов дизельного и бензинового топлива в 1992 году был принят европейский экологический стандарт. По это...

Автомобили Колесная база - это что такое в автомобиле?

В автомобиле есть множество технических параметров – объем двигателя, вместительность багажника, клиренс. Также одним из параметров является колесная база. Новички часто задаются вопросом – что это такое, и зачем эта база нужна? Сегодня мы попытаемся ответить на этот вопрос.ХарактеристикаИтак, начнем с самого определения. Колес...

Автомобили Что такое тосол и для чего он нужен?

Системы отопления и охлаждения двигателя автомобилей работают за счет циркуляции специальной жидкости в системе. Она по своим свойствам похожа на воду. Жидкость при постоянной циркуляции забирает лишнее тепло от двигателя и транспортирует его к радиатору. Здесь это тепло отдается в атмосферу. Эта жидкость – тосол. Появилась она 50 лет назад. Давайте...

Автомобили Что такое дизель? Принцип работы, устройство и технические характеристики дизельного двигателя

Дизельные двигатели весьма распространены на легковых автомобилях. Многие модели имеют хотя бы один вариант в моторной гамме. И это без учета грузовиков, автобусов и строительной техники, где их применяют повсеместно. Далее рассмотрено, что такое дизель, конструкция, принцип работы, особенности.ОпределениеДанный агрегат представляет собой ...

Автомобили Common Rail - что это такое? Принцип работы

В последние годы все больше автомобилистов предпочитают использовать дизельные автомобили. Ранее такие моторы устанавливались лишь на коммерческую технику. Однако сейчас они активно используются и на легковых авто, особенно в странах Европы. Наверняка каждый из нас слышал о такой системе, как Common Rail. Что это такое и как она устроена, рассмотрим в наш...

Автомобили Что такое ШРУС трипоидный?

ШРУС, или шарнир равных угловых скоростей, – это механизм, с помощью которого обеспечивается передача крутящего момента от системы трансмиссии на колеса. При этом тяга передается на ведущие управляемые колеса без потерь в мощности. Механизм позволяет обеспечивать повороты до 70 градусов.Существует несколько типов ШРУСов, которые применяются в...

Автомобили Что такое стартер редукторный? Как выбрать стартер редукторный?

Современный двигатель может самостоятельно работать только при определенной частоте вращения коленчатого вала. Процесс внутреннего сгорания невозможно начать без внешнего воздействия на механизм. Поэтому непосредственно для запуска двигателя используют стартеры.История примененияЭлектрические стартеры применялись далеко не сразу, хотя в на...

Автомобили Система курсовой устойчивости - что это такое? Установка и работа системы курсовой устойчивости

В современных автомобилях имеется множество различных систем, которые предназначены для улучшения безопасности на дороге. Одна из них – это ESP, или система курсовой устойчивости. Что это такое, знает далеко не каждый водитель. Давайте разберемся, что скрывается под этими буквами и какие преимущества этот комплекс дает водителю автомобиля. Читаем!

Автомобили Что такое тахограф в автомобиле и каковы правила его установки?

Тахограф для многих автолюбителей является загадочным и непонятным устройством, во многом - из-за его специфического предназначения. Хотя достаточно большое количество водителей мирятся с его присутствием, а некоторым оно очень помогает. Поэтому важно разобраться, что такое тахограф в автомобиле. Итак, давайте рассмотрим этот вопрос.Характеристика...

Автомобили Какой бензин лить - 92 или 95? Качество бензина. Советы знающих людей

Современное общество практически немыслимо без личного автомобиля. В сегодняшнем ритме жизни машина позволяет значительно экономить время. Однако в денежном эквиваленте она потребляет, как еще один член семьи, поэтому неизбежно возникает вопрос об экономии. Большая часть расходов – топливо, которое при ежедневных коротких поездках расходуется в особ...

monateka.com

Детонационная стойкость бензинов | Бесплатные курсовые, рефераты и дипломные работы

Двигатель автомобиля должен работать устойчиво и экономично. Этому способствует нормальное сгорание топливовоздушной смеси.

Однако при повышении температуры воздуха или при переходе на другую марку бензина двигатель иногда начинает работать с детонацией.

Детонация – это ненормальная работа двигателя с воспламенением от искры, вызванная взрывным (детонационным) сгоранием рабочей смеси и сопровождающаяся металлическими стуками. При работе с детонацией в отработавших газах появляется черный дым, двигатель перегревается, могут выйти из строя отдельные детали двигателя.

Работа с детонацией недопустима, поэтому необходимо знать причины ее возникновения … и средства устранения. Чтобы избавиться от детонаций при эксплуатации карбюраторных двигателей, можно использовать уменьшение угла опережения зажигания, прикрытие дроссельных заслонок карбюратора или увеличение частоты вращения коленчатого вала.

Чтобы обеспечить бездетонационную работу двигателя без потери мощности и ухудшения экономичности, необходимо использовать только рекомендуемые марки бензина. Возможность возникновения и интенсивность детонации зависят от способности углеводородов, входящих в состав бензина, сопротивляться холодно-пламенному окислению с образованием перекисей. Чем труднее окисляются углеводороды и медленнее идет накопление перекисей, тем выше детонационная стойкость бензина.

Детонационная стойкость – способность бензина нормально сгорать в цилиндрах двигателя без возникновения детонации. Детонация – взрыв. Оценочный показатель: 1) октановое число по исследовательскому методу. Октановое число – степень сжатия до взрыва. Чем выше октановое число, тем больше степень сжатия до взрыва [95 раньше, 98 позже]. 2) октановое число по моторному методу.

Детонационная стойкость бензина зависит от его химического состава. С повышением молекулярной массы способность углеводородов сопротивляться воздействию высоких температур на окисление падает и поэтому их детонационная стойкость уменьшается, и наоборот, с понижением молекулярной массы детонационная стойкость углеводородов повышается.

При одинаковом групповом составе лучшими антидетонационными качествами обладает бензин облегченного фракционного состава, т.е. с меньшим молекулярным весом.

Оценка детонационной стойкости бензина основана на сравнении ее с детонационной стойкостью эталонов (топлива в состав которого входят два углеводорода: изооктан и гептан) и заключается в подборе такой смеси эталонов, которая сгорает в двигателе специальной установки с такой же интенсивностью детонации, как и испытуемый бензин. Результаты сравнения выражаются октановым числом Для изооктана (С8Н18) характерна высокая детонационная стойкость, его октановое число принято за 100 единиц. Он начинает детонировать только в двигателях с очень высокой степенью сжатия (до 9,0). Гептан С7Н16 сильно детонирует, его детонационная стойкость принята за 0 единиц.

Смешивая изооктан и гептан в определенных соотношениях, можно получить эталонное топливо с октановым числом от 0 до 100. Следовательно октановое число – это условная единица измерения детонационной стойкости бензинов.

Октановое число определяют двумя методами: моторным и исследовательским. Более широкое распространение имеет моторный метод. Октановое число по этому методу определяют на одноцилиндровой установке Т9-2М, конструкция которой позволяет проводить испытания с переменной степенью сжатия (4-10 единиц).

Октановое число указывают в марках всех бензинов. Например, А-76 – бензин автомобильный, октановое число по моторному методу не менее 76. Если октановое число определено исследовательским методом (на установке ИТ9-6), то в марке бензина пишут букву «И», например, АИ-93. Октановые числа, определенные по исследовательскому методу, на 7-10 единиц больше, чем по моторному. Чем меньше эта разница для бензина одной марки, тем лучше его эксплуатационные свойства.

Эффективным способом повышения экономичности работы двигателя является величение его степен сжатия. Однако чем она выше, тем более высокооктановый бензин необходим для работы двигателя. Ресурсы получения такого бензина ограничены, а стоимость его высока.

В настоящее время повышение октанового числа бензина достигается путем добавления к базовому топливу высокооктановых компонентов или антидетонаторов. Среди антидетонаторов лучшим оказался тетраэтилсвинец (ТЭС) (С2Н5)4. Это тяжелая маслянистая бесцветная и очень ядовитая жидкость плотностью 1,65 г/см3, легко растворимая во всех нефтепродуктах, но не растворимая в воде.

Бензин с добавлением этиловой жидкости называют этилированным. Для предупреждения о ядовитости его искусственно окрашивают в красный, зеленый, синий цвет.

 

refac.ru

Детонационная стойкость бензинов.

Одной из важнейших характеристик всякого бензина как жидкого горючего является его детонационная стойкость. Детонация – взрывное сгорание бензина.

При работе двигателя внутреннего сгорания в цилиндр двигателя засасывается смесь паров бензина с воздухом, смесь сжимается поршнем и поджигается посредством электрической искры. Образующиеся при сгорании углеводородов газы расширяются и совершают работу. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощность развивает двигатель и тем относительно меньше он расходует горючего. Но не все сорта бензина выдерживают сильное сжатие. Некоторые углеводороды при сжатии воспламеняются преждевременно и сгорают с чрезвычайно большой скоростью, со взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре, происходит сильный износ деталей, падает мощность двигателя.

Бензин должен обладать достаточно высокой детонационной стойкостью, которая зависит от строения молекул углеводородов, входящих в его состав.

Наименьшей стойкостью к детонации обладают предельные углеводороды неразветвленного строения. Предельные углеводороды с разветвленной цепью, а также непредельные и ароматические более устойчивы к детонации.

Количественно детонационную стойкость бензина характеризуют октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость бензина к детонации. Детонационная стойкость гептана – С7Н16, который легко детонирует, условно принято за 0, а устойчивого к детонации изооктана − за 100 (2.2,4 триметилпентан). для определения октанового числа бензин сравнивают с эталонными смесями, состоящими из гептана и изооктана.

Бензин получаемы фракционной перегонкой, содержит много углеводородов неразветвленного строения, поэтому имеет низкое октановое число.

10. Аспектах охраны окружающей среды:

1. Необходимо удалять серу и азот из нефтепродуктов, чтобы при сжигании топлива атмосфера не отравлялась вредными оксидами.

2. Надо охранять среду от загрязнений отходами производства, от утечки нефти и нефтепродуктов.

3. Коксохимические производства и производства по переработке продуктов коксования обязательно должны быть оборудованы пылеулавливателями, предотвращающими попадание в окружающую среду вредных веществ.

Например, при загрузке шихты и выдаче 1 т кокса выбрасывается: 0,75 кг пыли, 0,55 кг сероводорода, 0,07 кг аммиака, 0,0004 кг цианидов, 0,13 кг фенола, 0,16 кг ароматических углеводородов.

 

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Что такое каменный уголь и где он применяется?

  1. Что такое природный газ и где он применяется?
  2. Что такое попутный нефтяной газ и где он применяется?
  3. Что такое нефть и где она применяется?

5. Что такое ректификация нефти и на какие фракции там разделяют нефть?

6. Что такое крекинг и какие виды крекинга применяют?

7. Что такое риформинг нефти и какие виды его применяют?

8. Что такое пиролиз нефти?

9. Что такое детонационная стойкость и октановое число бензина?

Список используемых источников:

1. «Репетитор по химии (издание 15-ое)», под редакцией Егорова А. С., Феникс – Ростов-на-Дону, 2006

2. Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. « Химия 10 класс: профильный уровень». (Учебник для общеобразовательных учреждений), Дрофа – Москва, 2005

  1. http://www.pedsovet.pro/index.php?option=com_content&view=article&id=8659:2014-11-19-09-38-11&catid=58:chemistry&Itemid=68
  2. http://foxford.ru/wiki/himiya/prirodnye-istochniki-uglevodorodov#!
  3. http://sovety-tut.ru/uroki-himii/prirodnyie-istochniki-uglevodorodov-neft-prirodnyiy-i-poputnyie-gazyi-kamennyiy-ugol
  4. http://xreferat.com/108/752-1-prirodnye-istochniki-uglevodorodov.html
  5. https://doc4web.ru/himiya/konspekt-uroka-dlya-klassa-prirodnie-istochniki-uglevodorodov-i-.html

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Оценка основных показателей качества бензина, характеризующих детонационную стойкость.

Лабораторная работа № 5

Цель работы:

Изучение характеристик детонационных свойств бензина. Расчетное и экспериментальное определение октанового числа и чувствительности бензина.

Теоретическая часть.

Закономерности процессов воспламенения и горения

Воспламеняемость– эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса воспламенения. Воспламенение – возникновение очага пламени за счет окисления топливо-воздушной смеси под воздействием внешнего давления, температуры, источника зажигания, разряда статического электричества либо за счет ускорения экзотермических химических реакций – самовоспламенения.

Горючесть– эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процесса горения паров топлива с воздухом, протекающего в камере сгорания двигателей. Горение – комплекс физико – химических превращений смеси топлива с воздухом, сопровождающийся интенсивным выделением тепла и излучением света.

Воспламеняемость и горючесть предопределяют главное функциональное назначение топлив – энергетическое обеспечение двигателя.

Процессы воспламенения и горения неразрывно связаны между собой. Воспламенение является начальной стадией процесса горения – распространения пламени.

В основе процесса горения топлив лежат химические реакции, развивающиеся в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с накоплением тепла, и катализирующих процесс промежуточных продуктов окисления. Процесс воспламенения и горения определяется условиями передачи тепла и вещества из зоны реакции в свежую горючую смесь.

Горение в ДВС – периодический и циклический процесс. Отдельные его акты длятся тысячные доли секунды. Каждый единичный акт горения развивается в условиях прогрессирующего самоускорения, связанного с повышением температуры и накоплением активных промежуточных продуктов окисления.

Воспламенение и распространение пламени происходят только при определенных условиях:

• горючая смесь должна находиться в паро- или газообразном состоянии;

• концентрация топлива должна находиться в пределах, в которых воспламенение и распространение зоны горения возможно;

• накопление в реагирующей смеси теплоты и активных промежуточных продуктов должны обеспечивать прогрессивное самоускорение реакции.

Границы воспламенения и распространения пламени.

Верхний предел– такая концентрация топлива в горючей смеси, выше которой воспламенение не происходит и пламя не распространяется.

Нижний предел– такая концентрация топлива в горючей смеси, ниже которой воспламенение не происходит и пламя не распространяется.

Прекращение горения вне пределов распространения пламени объясняется охлаждением зоны горения вследствие энергетического обмена с окружающей средой.

В бедных и богатых горючих смесях химическая реакция окисления развивается медленно и активных промежуточных продуктов образуется недостаточно для быстрого развития реакции, а отвод тепла из зоны реакции превышает тепловыделение.

В зависимости от того, какие причины вызывают прогрессивное самоускорение реакции в процессе воспламенения, различают тепловое, цепное и цепочно – тепловое воспламенение.

Тепловое воспламенение– причиной является накопление тепла.

Цепное воспламенение– причиной является накопление активных центров реакции, обусловленное разветвленным цепным механизмом, приводящим к быстрому нарастанию скорости реакции.

Цепочно – тепловое воспламенениеимеет место в том случае, когда медленно развивающаяся цепная реакция самоускоряется сначала за счет образования активных продуктов, а затем за счет накопления выделяющегося тепла.

В поршневых автомобильных двигателях воспламенение и горение протекают по цепочно-тепловому механизму.

При искровом зажигании инициатором цепных реакций являются активные атомы и ионы, которые возникают при электрическом разряде. Развитие химических реакций происходит за счет экзотермических реакций окисления. Выделение тепла увеличивает скорость цепных реакций и рождение новых активных центров.

Детонационное распространение пламени происходит при воспламенении горючей смеси вследствие сжатия ее в ударной волне. Ударная волна, проходя по горючей смеси, вызывает ее нагрев. Степень нагрева смеси зависит от скорости ударной волны, температуры и давления. Если степень сжатия достаточна для воспламенения смеси, то возникает детонационная волна. Детонационная волна представляет собой совместное распространение механической ударной волны с фронтом пламени. Скорость распространения детонационных волн в зависимости от условий составляет от 1200 до 3500 м/с. Детонационное сгорание вызвано накоплением нестабильных промежуточных продуктов предпламенного окисления углеводородов и быстрым их сгоранием во фронте ударной волны (рис. 5.1). Характеристики ударных волн показаны в таблице 5.1.

Рис. 5.1. Схема детонационного сгорания в двигателе:

а-а – положение фронта пламени к началу детонации;

А – очаг самовоспламенения; 1-3 – мгновенные поло-

жения распространения зоны горения очага А; 01-04 –

ударные волны; 1′-4′ - отраженные ударные волны.

Характеристика ударных волн.

Таблица 5.1

Отношение давления за ударной волной к начальному давлению

Скорость ударной волны, м/с

Температура за ударной волной, ºС

2

452

63

5

698

209

10

978

432

50

2149

1928

Эффективное использование тепла при сгорании бензина возможно лишь при нормальном сгорании.

Нормальное горение сопровождается плавным повышением давления в камере сгорания и относительно невысокой скоростью распространения фронта пламени – 40-50 м/с вследствие передачи тепла путем теплопроводности и лучеиспускания.

В процессе нормального сгорания бензина выделяют три основные фазы:

• начальная I– период задержки воспламенения от момента подачи искры до возникновения пламени;

• основная II– от возникновения пламени до максимального давления;

• завершающая III– период догорания горючей смеси в отдельных объемах, образующихся при разрушении фронта пламени.

Детонационное горение сопровождается высокой скоростью распространения пламени, соизмеримой со скоростью ударной волны, совместное распространение которой с фронтом пламени образует детонационную волну. При работе двигателя с детонацией возникает металлический стук, который является результатом многократных периодических отражений ударных волн от стенок камеры сгорания. При этом на индикаторных диаграммах в конце сгорания регистрируются вибрации давления в виде ряда затухающих пиков (рис. 5.2).

Рис. 5.2 Индикаторная диаграмма рабочего процесса

бензинового двигателя при нормальном и детонационном

сгорании: φ3-угол опережения зажигания; Р-давление;

studfiles.net


Смотрите также